特許 7118906 舶用操舵装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-05

(45)【発行日】2022-08-16

(54)【発明の名称】舶用操舵装置

(51)【国際特許分類】

   B63H 25/30 20060101AFI20220808BHJP

【ＦＩ】

B63H25/30 F

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019013069

(22)【出願日】2019-01-29

(65)【公開番号】P2020121594

(43)【公開日】2020-08-13

【審査請求日】2021-11-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】植 和哉

(72)【発明者】

【氏名】竹下 潔

(72)【発明者】

【氏名】川口 孟

【審査官】渡邊 義之

(56)【参考文献】

【文献】特開平７－２３７５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－４３１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０５２７７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－８５７５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６３Ｈ ２５／２６－ ２５／３０

Ｂ６３Ｈ ２５／２２

Ｂ６３Ｈ ２５／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

舵軸から両側に延びる舵柄を揺動させる、ロッドを有する第１電動アクチュエータと、
前記舵柄を揺動させ、前記第１電動アクチュエータと平行に配置され、ロッドを有する第２電動アクチュエータと、
前記第１電動アクチュエータの前記ロッドの一端に設けられ、前記舵柄の一端に形成された溝内に挿入された第１ピンと、
前記第２電動アクチュエータの前記ロッドの一端に設けられ、前記舵柄の他端に形成された溝内に挿入された第２ピンと、
前記第１電動アクチュエータの前記ロッドの他端に圧力を作用させる作動液が導入される第１圧力室を形成する第１シリンダと、
前記第２電動アクチュエータの前記ロッドの他端に圧力を作用させる作動液が導入される第２圧力室を形成する第２シリンダと、
前記第１圧力室と前記第２圧力室とを接続する液圧流路と、
前記液圧流路の圧力を所定圧力以上に保つ圧力保持装置と、を備える、舶用操舵装置。

【請求項2】

前記第１電動アクチュエータおよび前記第２電動アクチュエータのうち、前記舵柄を揺動させる際に前記舵柄を押す方の電動アクチュエータが先に作動するように前記第１電動アクチュエータおよび前記第２電動アクチュエータを制御する制御装置をさらに備える、請求項１に記載の舶用操舵装置。

【請求項3】

前記第１電動アクチュエータおよび前記第２電動アクチュエータは、前記ロッドの移動量を検出するセンサを有し、
前記制御装置は、前記第１電動アクチュエータおよび前記第２電動アクチュエータのうち、後に作動すべき電動アクチュエータを、当該電動アクチュエータが前記舵柄を介して他方の電動アクチュエータにより押圧されることで前記後に作動すべき電動アクチュエータの前記センサにより検出された前記ロッドの移動量が所定量になったとき又は先に作動すべきアクチュエータの作動開始から所定時間経過後に前記舵柄を引く方に作動させる、請求項２に記載の舶用操舵装置。

【請求項4】

前記第１電動アクチュエータおよび前記第２電動アクチュエータのそれぞれはリニアモータである、請求項１乃至３の何れか１項に記載の舶用操舵装置。

【請求項5】

前記圧力保持装置は、アキュムレータおよびリリーフ弁を含み、前記液圧流路の圧力を前記アキュムレータの設定圧と前記リリーフ弁の設定圧との間に保持する、請求項１乃至４の何れか１項に記載の舶用操舵装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、舶用操舵装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、船舶には当該船舶の進行方向を変更するための舶用操舵装置が設けられている。このような舶用舵取装置においては、電動ポンプにより発生させた油圧により油圧シリンダを作動させ、当該油圧シリンダの直線運動を回転運動に変換する機構を介して舵軸を回転させるものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示されるように、２つの油圧シリンダの各ロッドがピンを介して舵柄に連結されている。このピンは舵柄に設けられた溝内に挿入されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－１６１０５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、舵柄の溝とピンとの間には隙間があるため、各ロッドの移動を開始させることでピンを移動させる際に、当該ピンと舵柄の溝の周壁との衝突が起こり、衝突音が生じる。特に静粛性が要求される特殊艦船に用いられる舶用操舵装置においては、上記衝突音を抑止することが望ましい。

【0005】

そこで、本発明は、アクチュエータの作動開始時における舵柄の溝の周壁とピンとの衝突音の発生を抑止することができる舶用操舵装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の舶用操舵装置は、舵軸から両側に延びる舵柄を揺動させる、ロッドを有する第１電動アクチュエータと、前記舵柄を揺動させ、前記第１電動アクチュエータと平行に配置され、ロッドを有する第２電動アクチュエータと、前記第１電動アクチュエータの前記ロッドの一端に設けられ、前記舵柄の一端に形成された溝内に挿入された第１ピンと、前記第２電動アクチュエータの前記ロッドの一端に設けられ、前記舵柄の他端に形成された溝内に挿入された第２ピンと、前記第１電動アクチュエータの前記ロッドの他端に圧力を作用させる作動液が導入される第１圧力室を形成する第１シリンダと、前記第２電動アクチュエータの前記ロッドの他端に圧力を作用させる作動液が導入される第２圧力室を形成する第２シリンダと、前記第１圧力室と前記第２圧力室とを接続する液圧流路と、前記液圧流路の圧力を所定圧力以上に保つ圧力保持装置と、を備えるものである。

【0007】

本発明に従えば、第１圧力室と第２圧力室とを接続する液圧流路の圧力が圧力保持装置により所定圧力以上に保たれるので、第１電動アクチュエータのロッドの第１ピンが押圧されて当該第１ピンと舵柄の一方の溝の周壁とが接触した状態となると共に第２電動アクチュエータのロッドの第２ピンが押圧されて当該第２ピンと舵柄の他方の溝の周壁とが接触した状態となる。このような状態で第１および第２電動アクチュエータの作動を開始させることができるので、舵柄を一方および他方のどちらに揺動させた場合でも、第１ピンと舵柄の一方の溝の周壁との衝突、および第２ピンと舵柄の他方の溝の周壁との衝突が抑止され、それ故衝突音の発生を抑止することができる。しかも、油圧により第１ピンと一方の溝の周壁との接触状態および第２ピンと他方の溝の周壁との接触状態が保持されるため、接続状態を保持するために第１および第２電動アクチュエータに対する通電を継続する必要がない。

【0008】

上記発明において、舶用操舵装置は、前記第１電動アクチュエータおよび前記第２電動アクチュエータのうち、前記舵柄を揺動させる際に前記舵柄を押す方の電動アクチュエータが先に作動するように前記第１電動アクチュエータおよび前記第２電動アクチュエータを制御する制御装置をさらに備えてもよい。

【0009】

上記構成に従えば、舵柄を揺動させる際に、舵柄を引く方の電動アクチュエータのロッドのピンと当該舵柄の溝の周壁との間に隙間が生じることを防ぐことができる。

【0010】

上記発明において、前記第１電動アクチュエータおよび前記第２電動アクチュエータは、前記ロッドの移動量を検出するセンサを有し、前記制御装置は、前記第１電動アクチュエータおよび前記第２電動アクチュエータのうち、後に作動すべき電動アクチュエータを、当該電動アクチュエータが前記舵柄を介して他方の電動アクチュエータにより押圧されることで前記後に作動すべき電動アクチュエータの前記センサにより検出された前記ロッドの移動量が所定量になったとき又は先に作動すべきアクチュエータの作動開始から所定時間経過後に前記舵柄を引く方に作動させてもよい。

【0011】

上記構成に従えば、舵柄を揺動させる際に、舵柄を引く方の電動アクチュエータのロッドのピンと当該舵柄の溝の周壁との間に隙間を生じさせることなく、上記舵柄を引く方の電動アクチュエータを作動させることができる。

【0012】

上記発明において、前記第１電動アクチュエータおよび前記第２電動アクチュエータのそれぞれはリニアモータであってもよい。

【0013】

上記構成に従えば、電力でリニアモータを直接駆動できるようになり、アクチュエータを駆動するためのエネルギーの高効率化を図ることができる。

【0014】

上記発明において、前記圧力保持装置は、アキュムレータおよびリリーフ弁を含み、前記液圧流路の圧力を前記アキュムレータの設定圧と前記リリーフ弁の設定圧との間に保持してもよい。

【0015】

上記構成に従えば、圧力保持装置によって液圧流路の圧力がアキュムレータの設定圧とリリーフ弁の設定圧との間（所定範囲）に保持されるので、液圧流路の作動液の温度変化に伴う体積変化を吸収することができる。詳しくは、温度上昇により作動液が膨張して液圧流路内の圧力がリリーフ弁の設定圧を超える場合には、当該リリーフ弁を介して作動液をアキュムレータに逃がすことで当該液圧流路内の圧力を低下させることができる。一方、温度低下により作動液が収縮して液圧流路内の圧力がアキュムレータの設定圧未満になる場合には、当該アキュムレータから液圧流路に作動液を供給することで当該液圧流路内の圧力を上昇させることができる。このようにして、液圧流路内の圧力を所定範囲内に保持することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、アクチュエータの作動開始時における舵柄の溝の周壁とピンとの衝突音の発生を抑止することができる舶用操舵装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係る舶用操舵装置の図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施形態に係る舶用操舵装置について図面を参照して説明する。以下に説明する舶用操舵装置は、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除および変更が可能である。

【0019】

図１に本実施形態に係る舶用操舵装置１を示す。図１に示すように、本実施形態の舶用操舵装置１は、制御装置５０が電動アクチュエータである第１リニアモータ５および第２リニアモータ６を作動させることで、舵柄２を介して舵軸４を回動させるものである。舵柄２は揺動可能に構成され、舵軸４から両側に延在している。この舵柄２には、第１および第２リニアモータ５，６の軸線方向と直交する方向の両端に溝２ａ，２ｂが形成されている。溝２ａ内には第１ピン３ａが挿入されており、溝２ｂ内には第２ピン３ｂが挿入されている。

【0020】

第２リニアモータ６は第１リニアモータ５と平行に配置されている。第１及び第２リニアモータ５，６は、その軸線方向に往復動可能に構成されたロッド７を有している。各ロッド７は電力によりその軸線方向に往復動するように構成されている。第１ピン３ａは第１リニアモータ５のロッド７の一端（図１では右端）に設けられ、第２ピン３ｂは第２リニアモータ６のロッド７の一端に設けられている。

【0021】

このような構成において、第１リニアモータ５のロッド７が舵柄２を押す方に移動し、第２リニアモータ６のロッド７が舵柄２を引く方に移動されると、舵柄２は図１において時計回りに揺動する。逆に、第１リニアモータ５のロッド７が舵柄２を引く方に移動し、第２リニアモータ６のロッド７が舵柄２を押す方に移動されると、舵柄２は図１において反時計回りに揺動する。このようにして、舵柄２が揺動されることにより舵軸４を回動させることができるようになっている。

【0022】

第１リニアモータ５の基端側部分には第１シリンダ８が連結されている。第１リニアモータ５のロッド７の基端側部分は第１シリンダ８内に配置されている。第１シリンダ８内において当該第１シリンダ８の内周壁とロッド７とで囲まれた領域に第１圧力室８ａが形成されている。ロッド７が軸線方向の一方（図１において左方）に移動したときには第１圧力室８ａから作動液が流出し、ロッド７が軸線方向の他方（図１において右方）に移動したときには第１圧力室８ａ内に作動液が流入するようになっている。なお、舶用操舵装置１で用いられる作動液は、典型的には油であるが、水などの他の液体であってもよい。

【0023】

同様に、第２リニアモータ６の基端側部分には第２シリンダ９が連結されている。第２リニアモータ６のロッド７の基端側部分は第２シリンダ９内に配置されている。第２シリンダ９内において当該第２シリンダ９の内周壁とロッド７とで囲まれた領域に第２圧力室９ａが形成されている。ロッド７が軸線方向の一方（図１において左方）に移動したときには第２圧力室９ａから作動液が流出し、ロッド７が軸線方向の他方（図１において右方）に移動したときには第２圧力室９ａ内に作動液が流入するようになっている。

【0024】

舶用操舵装置１には液圧流路１０が設けられている。この液圧流路１０は、上述した第１圧力室８ａと第２圧力室９ａとを接続する。液圧流路１０には、当該液圧流路１０を通じた作動液の流れを許可する許可状態と液圧流路１０を通じた作動液の流れを禁止する禁止状態との間で切り換えられる切換弁１１が介挿されている。

【0025】

液圧流路１０には圧力保持装置１２が設けられている。図１に示すように、この圧力保持装置１２は、給排ライン１３と、第１～第４接続ライン１４，１５，１６，１７と、リリーフ弁１８と、チェック弁１９，２０と、チェック弁２１，２２と、アキュムレータ（圧力補償器）２３とを備えている。

【0026】

給排ライン１３の一端にはアキュムレータ２３が接続されている。このアキュムレータ２３は、シリンダ２３ａとピストン２３ｂとバネ部材２３ｃとを含む。シリンダ２３ａの内周壁とピストン２３ｂとで囲まれた領域には作動液室が形成されており、バネ部材２３ｃによりピストン２３ｂが所定圧力以上の圧力で押されている。このような構成において、シリンダ２３ａの作動液室から作動液が給排ライン１３に供給できると共に、当該シリンダ２３ａの作動液室に対して作動液を逃がすことができるようになっている。

【0027】

給排ライン１３の他端には第１接続ライン１４の一端が接続されている。第１接続ライン１４の他端は液圧流路１０のうちの切換弁１１の一方側の部分に接続されている。また、給排ライン１３の他端には第２接続ライン１５の一端が接続されている。第２接続ライン１５の他端は液圧流路１０のうちの切換弁１１の他方側の部分に接続されている。チェック弁１９は第１接続ライン１４に介挿されており、当該チェック弁１９から第１圧力室８ａに向かう方向の作動液の流れを防ぎ、チェック弁１９からリリーフ弁１８に向かう方向の作動液の流れを許可する。また、チェック弁２０は第２接続ライン１５に介挿されており、当該チェック弁２０から第２圧力室９ａに向かう方向の作動液の流れを防ぎ、チェック弁２０からリリーフ弁１８に向かう方向の作動液の流れを許可する。

【0028】

第３接続ライン１６の一端は第１接続ライン１４に接続され、当該第３接続ライン１６の他端は給排ライン１３に接続されている。また、第４接続ライン１７の一端は第２接続ライン１５に接続され、当該第４接続ライン１７の他端は給排ライン１３に接続されている。チェック弁２１は第３接続ライン１６に介挿されており、当該チェック弁２１からアキュムレータ２３に向かう方向の作動液の流れを防ぎ、チェック弁２１から第１圧力室８ａに向かう方向の作動液の流れを許可する。また、チェック弁２２は第４接続ライン１７に介挿されており、当該チェック弁２２からアキュムレータ２３に向かう方向の作動液の流れを防ぎ、チェック弁２２から第２圧力室９ａに向かう方向の作動液の流れを許可する。

【0029】

このような構成において、第１および第２リニアモータ５，６の動作開始前には、切換弁１１は閉じられて上記禁止状態に切り換えられている。上述の通り、バネ部材２３ｃによりピストン２３ｂが所定圧力以上の圧力で押されているため、シリンダ２３ａの作動液室からの作動液が、給排ライン１３、第３および第１接続ライン１６，１４および液圧流路１０を介して第１圧力室８ａに供給される共に、給排ライン１３、第４および第２接続ライン１７，１５および液圧流路１０を介して第２圧力室９ａに供給される。これにより、第１リニアモータ５のロッド７の第１ピン３ａを舵柄２の溝２ａに押し付けることができると共に、第２リニアモータ６のロッド７の第２ピン３ｂを舵柄２の溝２ｂに押し付けることができる。なお、この場合、図１において溝２ａの左部分および溝２ｂの左部分には隙間ｓが生じるようになっている。これに対して、第１および第２リニアモータ５，６の動作時には、切換弁１１は開放されて上記許可状態に切り換えられる。それにより、第１圧力室８ａに対する作動液の流入および当該第１圧力室８ａからの作動液の流出と、これに伴う第２圧力室９ａからの作動液の流出および第２圧力室９ａに対する作動液の流入とが許可される。

【0030】

制御装置５０は、第１および第２リニアモータ５，６のうち、舵柄２を揺動させる際に当該舵柄２を押す方の電動アクチュエータが先に作動するよう第１および第２リニアモータ５，６を制御するように構成されている。例えば舵柄２を押す方が第１リニアモータ５であり、当該舵柄２を引く方が第２リニアモータ６である場合には、制御装置５０は、第１リニアモータ５を先に作動させた後、第２リニアモータ６を作動させる。

【0031】

具体的には、第１および第２リニアモータ５，６は、対応するロッド７の移動量を検出するセンサ５ａ，６ａを有している。制御装置５０は、上記の例でいえば、後に作動すべき第２リニアモータ６を、当該リニアモータ６のセンサ６ａにより検出されたロッド７の移動量が所定量になったとき又は先に作動すべきアクチュエータの作動開始から所定時間経過後に舵柄２を引く方に作動させる。なお、センサ５ａ，６ａは例えばストロークセンサである。

【0032】

圧力保持装置１２において、チェック弁２１，２２は、作動液の温度低下に起因して当該作動液が収縮することで液圧流路１０内の圧力がアキュムレータ２３の設定圧未満となる場合に、アキュムレータ２３から作動液を吸引して液圧流路１０に供給するよう作動する。一方、リリーフ弁１８は、給排ライン１３のうち第３および第４接続ライン１６，１７の接続点よりもアキュムレータ２３から離れた部分に介挿されている。リリーフ弁１８は、作動液の温度上昇に起因して当該作動液が膨張することで液圧流路１０内の圧力がリリーフ弁１８の設定圧（リリーフ圧）を超える場合に、液圧流路１０内の作動液をアキュムレータ２３に逃がすよう作動する。このように、液圧流路１０内の圧力をアキュムレータ２３の設定圧とリリーフ弁１８の設定圧との間（所定範囲）に保持することができる。

【0033】

以上説明したように、本実施形態の舶用操舵装置１によれば、第１圧力室８ａと第２圧力室９ａとを接続する液圧流路１０の圧力が圧力保持装置１２により所定圧力以上に保たれるので、第１リニアモータ５のロッド７の第１ピン３ａが押圧されて当該第１ピン３ａと舵柄２の溝２ａの周壁とが接触した状態となると共に第２リニアモータ６のロッド７の第２ピン３ｂが押圧されて当該第２ピン３ｂと舵柄２の溝２ｂの周壁とが接触した状態となる。このような状態で第１および第２リニアモータ５，６の作動を開始させることができるので、舵柄２を一方および他方のどちらに揺動させた場合でも、第１ピン３ａと舵柄２の溝２ａの周壁との衝突および第２ピン３ｂと舵柄２の溝２ｂの周壁との衝突を抑止することができ、それ故衝突音の発生を抑止することができる。しかも、油圧により第１ピン３ａと溝２ａの周壁との接触状態および第２ピン３ｂと溝２ｂの周壁との接触状態が保持されるため、接続状態を保持するために第１および第２リニアモータ５，６に対する通電を継続する必要がない。

【0034】

また、本実施形態では、制御装置５０によって、第１およびリニアモータ５，６のうち、後に作動すべきリニアモータが、舵柄２を介して他方のリニアモータにより押圧されることで上記後に作動すべきリニアモータのセンサにより検出されたロッド７の移動量が所定量になったとき又は先に作動すべきアクチュエータの作動開始から所定時間経過後に舵柄２を引く方に作動される。これによって、舵柄２を揺動させる際に、舵柄２を引く方のリニアモータのロッドのピンと当該舵柄２の溝の周壁との間に隙間を生じさせることなく、上記舵柄２を引く方のリニアモータを作動させることができる。

【0035】

また、本実施形態では、舶用操舵装置１が圧力保持装置１２を備えるので、液圧流路１０の圧力をアキュムレータ２３の設定圧とリリーフ弁１８の設定圧との間（所定範囲）に保持することができる。

【0036】

さらに、本実施形態では、電動アクチュエータとしてリニアモータ５，６を採用することで、油圧アクチュエータを電動ポンプにより駆動する場合と比べ、電力でリニアモータ５，６を直接駆動できるようになり、アクチュエータ（本実施形態ではリニアモータ５，６）を駆動するためのエネルギーの高効率化を図ることができる。

【0037】

（他の実施形態）
上述の各実施形態の他にも、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で次のような種々の変形も可能である。

【0038】

上記実施形態では、舵柄の溝内に挿入されたピンをロッドに設けることでリニアモータの直線運動を舵柄の揺動運動に変換するように構成したが、変換機構がこれに限らず、例えばラック・ピニオンギア方式などの他の変換機構を採用してもよい。

【0039】

また、上記各実施形態では、電動アクチュエータとしてリニアモータを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば電磁プランジャーなどの他の電動アクチュエータを用いてもよい。

【符号の説明】

【0040】

１ 舶用操舵装置
２ 舵柄
２ａ，２ｂ 溝
３ａ 第１ピン
３ｂ 第２ピン
４ 舵軸
５ 第１リニアモータ（第１電動アクチュエータ）
５ａ，６ａ センサ
６ 第２リニアモータ（第２電動アクチュエータ）
７ ロッド
８ 第１シリンダ
８ａ 第１圧力室
９ 第２シリンダ
９ａ 第２圧力室
１０ 液圧流路
１２ 圧力保持装置
２３ アキュムレータ
５０ 制御装置

【図1】